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"Procédé et dispositif d'exploration de la topographie des fonds marins en vue de la pose d'une conduite sous-marine"
La présente invention se rapporte à un procédé et dis- positif d'exploration de la topographie des fonds marins en vue de la pose d'une conduite sous-marine.
On sait que la pose d'une conduite sous-narine exige une reconnaissance de la topographie du fond de la mer le long du parcours envisagé de manière à vérifier que la conduite ne sera pas soumise à des contraintes exagérées par suite des irrégularités de ses appuis sur le terrain.
On utilise habituellement à cet effet des sondeurs à ultra-sons, mais lorsque la profondeur est très grande, supé- rieure à mille mètres par exemple, le pouvoir séparateur des sondeurs à ultra-sons n'est plus suffisant pour mettre en évi-
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dence, avec la précision nécessaire, tous les accidents de terrain susceptibles d'Atre dangereux pour la conduite, spé- cialement en cas d'irrégularités de la consistance du terrain.
Le procédé selon l'invention, destiné à éviter ces difficultés, consiste essentiellement à constituer un élément de conduite de longueur appropriée, à équiper une section cen- trale de cette conduite d'appareils indicateurs des déforma- tions et/ou contraintes de cette section et à traîner sur le fond, le long du tracé envisagé, l'élément ainsi équipé en enregistrant les indications desdits appareils.
L'élément de conduite occupant ainsi successivement toutes les positions dans lesquelles un élément de même lon- gueur de la conduite à poser se trouvera placé, s'il a un poids au mètre et une rigidité égaux à ceux de cette future conduite et s'il est assez long pour que l'influence des extré- mités soit négligeable d.ans la section de mesure, les contrain- tes enregistrées pendant l'exploration ainsi organisée seront égales aux contraintes que subira en ses différentes sections la conduite une fois posée.
L'enregistrement des informations délivrées par les appareils indicateurs pourra s'effectuer- soit au moyen d'enre- gistreurs incorporés dans l'élément d'exploration, soit à bord du navire remorqueur, lorsqu'une ligne appropriée de transmis- sion desdites informations peut être réalisée.
Il n'est pas indispensable d'utiliser pour l'explora- tion un élément de conduite identique à la conduite qu'on se prépare à poser : on peut utiliser un élément de conduite équi- valente, le critère d'équivalence étant la valeur du rapport R = EI/P où : E est le coefficient d'élasticité du matériau de la conduite, I le moment d'inertie de la section et P le poids au mètre de la conduite dans l'eau.
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Il n'est pas non plus indispensable que l'effet des ext.rémités de l'élément soit tout-à-fait négligeable,ce qui pourrait conduire à des longueurs excessives, car le procédé ne prétend pas donner une exacte évaluation des contraintes que la conduite pourra subir après sa pose mais seulement de mettre en évidence la possibilité ou non de situations dan- gereuses pour une zone considérée, l'élément d'essai ne pouvant évidemment pas être remorqué à l'emplacement exact où la con- duite sera ultérieurement posée.
La longueur minimum pratique à utiliser pour un essai dépend, d'une part de la qualité des informations obtenues par sondage et, par conséquent, de la profondeur de l'eau et des performances du sondeur et, d'autre part, des propriétés mécaniques de la conduite.
Pour des conditions de sondage données, les irrégu- larités du terrain auront, en effet, d'autant plus de chance de passer inaperçues ou d'être mal connues qu'elles auront entre elles un écartement plus faible. Or, si cet écartement est inférieur à certaine longueur dépendant des caractéristi- ques de la conduite et qu'on peut pr-endre en première approxi- mation égale à la portée qu'elle peut supporter sur appuis simples sans subir de contraintes exagérées, soit (8 1 . n)1/2, r p ces irrégularités ne peuvent pas mettre la conduite en danger.
Dans cette formule :
I est le moment d'inertie, r le rayon extérieur, n la contrainte maximum, p le poids de la conduite par mètre.
Les irrégularités intéressantes à étudier par le pro- cédé sont donc celles dont l'écartement est compris entre une longueur limite inférieure au-dessous de laquelle elles ne
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sont pas dangereuses et une longueur limite supérieure au-dessus de laquelle la probabilité qu'elles soient inexactement connues par sondage est suffisamment faible.
Pour que le dispositif soit entièrement satisfaisant il faudrait que la longueur de l'élément à tirer sur le fond soit un peu supérieure à la longueur limite supérieure visée ci-dessus.
En pratique, il suffira, en général, qu'elle soit éga- le à deux ou trois fois la longueur limite inférieure car, si l'essai ne révèle aucune irrégularité dangereuse dans toute la zone prospectée, il sera bien peu probable qu'il en existe, dont la longueur soit justement comprise entre la longueur du tronçon et la longueur limite supérieure..
On notera.que la limite dangereuse des écartements a été prise en négligeant la continuité de la conduite.
Le tronçon d'essai, s'il a la longueur indiquée ci- dessus, se rapprochera d'autant plus de la poutre sur appuis simples que l'écartement des irrégularités sera plus grand.
Liais les c-ontraintes mesurées pourront correspondre, soit au milieu de la portée, soit à un appui, ce qui assure qu'aucune situation danger-euse ne pourra échapper.
Un exemple d'application sera décrit maintenant en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est un schéma montrant la mise en oeuvre du procédé ; la figure 2 est une vue à plus grande échelle du tron- çon d'essai ; la figure 3 est une vue schématique en coupe partielle selon un plan diamétral d'une section du tronçon d'essai équi- pée d'extensomètres mécaniques ; les figures 4, 5 et 6 sont des vues en coupe trane- @ 1
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versale respectivement selon les plans IV-IV, V-V et VI-VI de la figure 3 ; la figure 7i eat une vue schématique en coupe diamétrale d'une section du tronçon d'essai équipée de témoins sonores ; la figure 8 est une vue correspondante en coupe trans- versale ;
la figure 9 est une vue schématique en coupe longitudi- nale de la partie terminale arrière du tronçon d'essai contenant un appareillage d'enregistrement associé aux témoins sonores.
Dans.l'exemple d'application considéré ici, on envisage de mouiller, en wue de la traversée de la Méditerranée entre Mostaganem et Carthagène, par 2 500 mètres de fond, une conduite de 20 cm de diamètre pesant environ 20 kg au mètre. On tire, à cet effet, sur le fond 1 (fig. 1, 2) au moyen d'un remorqueur 2, un élément ou tronçon d'essai 3 d'environ 130 mètres de lon- gueur. Un bouchon 4 adapté à obturer l'extrémité antérieure du tronçon est attelé au moyen d'une chaîne 5 au câble de remor- quage à, tandis qu'un bulbe 7 ménagé à l'extrémité arrière du tronçon est attelé au moyen de trois chaînes 8 en bout d'un câble 9 conduisant à une bouée ou remorque 10 destinée à per- mettre la mise hors d'eau du dit bulbe.
La fixation de 130 mètres de la longueur de l'élément résulte des considérations suivantes en application de ce qui a été exposé précédement,
1 - Un tronçon de cette conduite placée sur des appuis simples écartés de quarante mètres subirait une contrainte de 10 kg m/m2 que l'on estime ne pas devoir être dépassée oompte- tenu des autres sollicitations subies par la oonduite.
2 - On a choisi une longueur de 130 mètres pour l'élé- ment à tirer sur le terrain Boit un peu plus de trois fois la . , longueur indiquée ci-dessus.
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3 - Cette longueur est égale sensiblement à 5% de la pr-ofondeur, ce qui fait que la probabilité (compte-tenu de l'appareil de sondage utilisé), que des irrégularités, présen- tant entre elles des écartements supérieurs à 130 mètres, n'au- ront pa-s été vues sur le sondage, parait faible.
Le tronçon d'essai comporte,dans une partie intermé- diaire de sa longueur, entre deux manchons vissés 11, 12, une section 13 d'une longueur d'environ trente mètres équipée d'ex- tensomètres mécaniques du genre que l'on va décrire ci-après en référence aux figures 3 à 6. A une certaine distance (d'une trentaine de mètres par exemple) vers l'arrière de la partie 13, une section 15 du tronçon d'essai, d'une longueur d'environ cinq mètres,limitée par deux soudures circulaires 16, 17, est équipée de témoins sonores que l'on va décrire en référence aux figures 7, 8. Un manchon 18 raccorde l'extrémité postérieure du tronçon d'essai à un élément de tuyau 19 disposé en prolon- gement du bulbe 7 et servant avec celui-ci à loger l'électro- nique associée aux témoins sonores de la section 15.
La section 13 est équipée,à. un mètre environ de chacune de ses extrémit-és Il, 12, d'un extensomètre enregistreur mécanique adapté à détecter et enregistrer les ext-ensions ou contractions de la conduite selon trois génératrices écartées de 120 .
Selon l'exemple de réalisation choisi et représenté aux figures 3 à 6, un tel extensomètre enregistreur est cons- titué entre deux platines circulaires 21, 22 d'un diamètre légèrement inférieur au diamètre intérieur de la conduite.
Chacune de ces platines est adaptée à être fixée dans une sec- tion transversale de la conduite au moyen de trois pointes calantes 24 : sur la platine 21, dite platine avant, par exemple, chacune de ces pointes est portée par un bloc 25 adapté à cou- ' 1
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lisser radialement dans une glissière 26, les trois glissières 26 étant disposées selon trois rayons écartés de 120 . Chacun des blocs porte-pointe 25 est attelé par une articulation 27 à une bielle 28 dont l'autre extrémité est articulée en 29 à un manchon-écrou 30 coopérant avec une vis axiale 31 tourillonnée dans un palier 32 ménagé à cet effet au centre de la platine et terminée par un bout carré 33.
Les blocs porte-pointe 25A de la platine arrière sont accouplés de façon identique à un manchon-écrou 30A coopérant avec une vi,s axiale 31A. Cependant, celle-ci.se trouve prolon- gée au-delà de son palier 32A par un bout d'axe 34 portant devant la platine arrière un pignon 35 engrenant, par l'inter- médiaire d'un pignon de transfert 36, avec un pignon de comman- de 37 calé en bout d'un arbre télescopique 38-39 traversant la platine avant 21 et se terminant devant celle-ci par un bout carré 40. Les deux Éléments 38, 39 de l'arbre télescopique sont naturellement solidarisés en rotation (par cannelures par exemple).
Un axe télescopique 41, 42 établi entre les centres des deux platines porte, à mi-distance environ entre celles-ci, un cylindre enregistreur 43 équipé de façon connue en soi d'un mécanisme d'horlogerie (non détaillé) adapté à l'entraîner, à la vitesse d'un tour par jour par exemple, avec une réserve de marche de huit jours par exemple. Le support d'enregistre- ment est constitué de façon également connue par une bande de papier ou analogue se déroulant d'une bobine 44 (fig. 5) dispo- sée à cet effet à côté du cylindre 43.
Ce cylindre coopère avec trois paires de stylets scrip- teurs tels que 45, 46 qui sont tourillonnée sur des axes 47, 48 fixes par rapport au support 42 du cylindre enregistreur, et attelés par des doigts 49,50 respectivement aux éléments 51, 52 d'une tige télescopique, les extrémités libres de ces @
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éléments étant articulées respectivement en 53, 54 à des pièces de commande 55, 56 réparties à 1200 sur la périphérie des deux platines. 21, 22. Les axes 47, 48 des stylets sont portés sur des bras ménagés à cet effet sur deux supports 57, 58 fixés sur l'axe 42 de part et d'autre du cylindre 43;ces organes forment également des manchons 59,. 60 de guidage des éléments télescopiques 51,52.
Les deux platines 21,22 comportent enfin chacune trois oeillets 61, 62 permettant leur solidarisation provisoire pen- dant le transport et la mise en place dans la conduite au moyen de trois tringles (non représentées), chacune de ces tringles comportant deux ergots adaptés à s'enclencher l'un dans un oeillet 62 de la platine arrière 22 et l'autre dans un oeillet 61 de la platine avant 21, la distance de ces deux ergots étant égale sur chaque tringle à celle que l'on désire établir entre les deux platines, soit, un mètre par exemple.
La section 13 du tronçon d'essai étant démontée, on introduit un ensemble ainsi constitué à travers chacune de ces extrémités en l'enfonçant d'un mètre environ vers l'intérieur ; les deux platines 21,22 étant provisoirement solidarisées par leurs tringles à ergots, la platine arrière se place ainsi à deux mètres environ de l'extrémité correspondante et la platine avant à un mètre de celle-ci. On engage alors une clé à carré sur le bout 33 de la vis de calage 31 de la platine avant et l'on fait tourner celle-ci jusqu'à accrochage des trois pointes calantes 24 dans la paroi interne de la conduite ; on répète ensuite cette manoeuvre en plaçant la clé sur le bout carré 40 de l'arbre télescopique 38-39, jusqu'à calage de la platine arrière à son tour dans la section correspondante de la conduite.
Les deux platines se trouvant ainsi rigidement solidarisées avec deux sections droites de la conduite on retire les trois
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tringles à ergots. et le dispositif est prêt à fonctionner : toute déformation de la conduite susceptible de résulter d'une flexion notable se trouvera enregistrée par les élongations et contractions correspondantes selon les. trois génératrices res- pectivement contrôlées par les trois pairea de stylets 49, 50 sur la base de 1 mètre définie par l'écartement des deux platines 21, 22 dans chacun des deux ensembles. Les enre- gistrements obtenus, pendant une semaine par exemple, le long d'un parcours donné constituent une représentation immédiatement interprétable des contraintes subies par la conduite aux divers points du dit parcours.
Les informations ainsi recueillies cons- tituent la base essentielle de la décision dans le choix d'un parcours pour la pose réelle consécutive de la conduite proje- tée.
Ces informations peuvent utilement être doublées et recouplées par celles susceptibles de s'obtenir par l'autre système d'extensomètres représenté aux figures 7 à 9.
Ainsi qu'il est visible sur les figures 7 et 8, la section 15 du tronçon d'essai est équipée à une distance d de soixante centimètres par exemple de chacune de ses extrémités 16, 17 de trois témoins sonores 65 répartis à 1200 sur le pour- tour de la conduite. Chacun de ces témoins sonores est cons- titué par un extensomètre à corde vibrante, du type TELEMAC par exemple, comprenant de façon connue en soi une corde vi- brante 66 en matériau magnétique tendue entre deux flasques 67,68 fixés à dix centimètres par exemple dans la paroi de la conduite, et une bobine 69 établie autour d'un noyau 70 formant avec la corde vibrante un circuit magnétique.
Chacune de ces bobines est raccordée par un câble 71 à un amplificateur corres- pondant logé dans un boitier 72 à l'intérieur du tuyau 19
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(fig. 9) et constitue avec cet amplificateur un générateur d'oscillations électriques entretenues de fréquence variable selon la tension mécanique subie par la corde vibrante.
Le bottier d'amplificateurs 72 est disposé dans un châssis de support 73 établi entre deux platines 74,75 dont la fixation dans le tuyau 19 est assurée au moyen de vis calan- tes. de manière analogue à celle décrite ci-dessus pour les pla- tines 21, 22 des extenaomètrea enregistreura mécaniques.
Les courants,de fréquence vocale délivrés par chacun des six extensomètres à corde vibrante ainsi constitués et mon- tés dans le tronçon d'essai sont enregistrés dans un magnéto- phone 75 à sept pistes monté dans le bulbe 7 au moyen d'un ca- rénage en bois 76 également adapté à loger une batterie d'accu- mulateurs 77. Sur la figure 9 la référence 78 désigne le fais- ceau de six câbles venant des témoins 65,79 est un cordon à câbles multiples assurant le raccordement du bloc d'ampli- ficateurs au magnétophone et l'alimentation, par l'intermédiaire de celui-ci, des dits amplificateurs, tandis que le câble 80 raccorde la batterie 77 au dit magnétophone. Le bulbe est fermé par un couvercle 81 fixé par vis et muni d'anneaux 82, l'étan- chéité étant assurée par un joint torique 83.
Un collier de manoeuvre 84 est disposé enfin autour du bulbe en vue de l'accro- chage des chaînes 8.
Dans un exemple de réalisation, on a fixé comme suit les caractéristiques du magnétophone 75 - dimensions de la botte-: 800 x 385 x 200 mm, - nombre de pistes enregistrées : 7 dont une piste base de temps, - diamètre de la bobine vierge : 360 mm, - largeur de la bande : 12,7 mm, - épaisseur de bande : 30 ù
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- temps d'enregistre-ment : 24 h, - vitesse d'enregistrement : 2,38 cm/s - bande de fréquence enregistrée : de 50 à 1. 200 Hz, - alimentation : 18 volts courant continu, - consommation totale : environ 8 W, - consommation instantanée : au démarrage et à l'arrêt : environ 150 W, --horloge de topage de la base de temps, - minuterie de mise en route retardée :
de 0 à 4 h, - arrêt en fin de bande, - fonctionnement indifférent à la position de l'appa- reil.
Dans un appareil réalisé selon ces spécifications la septième piste était utilisée pour l'enregistrement de signaux de base de temps délivrés à cet effet par l'horloge incorporée à l'appareil adapté à assurer sa propre mise en route avec un retard susceptible d'être ajusté à volonté entre 0 et 4 heures.
L'appareil ayant été adapté à fonctionner pendant 24 heures, au bout d'un temps de travail utile au plus égal à cette valeur le bulbe est relevé et mis hors de l'eau au moyen du câble 9 pour le changement de la bobine enregistrée et des batteries 77 après ouverture du couvercle 81.
Dans l'appareil ainsi re- chargé la minuterie de mise en route retardée est réglée selon le temps prévu pour la refermeture du bulbe, la redescente du tronçon d'essai au fond de la mer et la reprise de l'exploration
L'invention n'est bien entendu pas limitée à l'exemple choisi et représenté, les détails de réalisation indiqués pou- vant au contraire donner lieu à de nombreuses variantes qui apparaîtront sans peine à l'homme de l'art tant en ce qui con- cerne le choix des extensomètres, dont divers types sont dispo- nibles dans le commerce, que le mode d'enregistrement de leurs
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indications. Rien ne s'oppose d'ailleurs à ce que les exten- somètres des genres indiqués soient remplaces ou complétés par d'autres moyens de mesure de contraintes (piézoélectrique par exemple).